圓弧形鈑金件成形工藝研究

2017-08-05 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

低溫真空容器中通過(guò)冷屏對(duì)其進(jìn)行冷卻。冷屏主要由冷卻管、支撐骨架和蒙皮組成,冷卻管表面通過(guò)蒙皮或掛錫(錫焊)增加接觸面積,提高冷卻效果。蒙皮材料一般選用無(wú)氧銅(料厚≤2mm),材料導(dǎo)熱性能佳,成形性能較好。在筒體類(lèi)冷屏中,冷卻管盤(pán)繞在筒體上,冷卻管表面蒙皮如圖1所示,這就涉及到圓弧形零件的鈑金成形。類(lèi)似圖1的圓弧形零件一般采用模具成形,即根據(jù)零件的外形尺寸設(shè)計(jì)合適的模具彎曲成形。

圖1 冷卻管表面蒙皮

直接采用模具成形圖1的零件方案簡(jiǎn)單、快捷,但在實(shí)際生產(chǎn)中,彎曲的圓弧半徑R會(huì)隨著冷屏結(jié)構(gòu)的變化而變化,冷卻管截面尺寸通常不會(huì)變化。圖1冷卻管表面蒙皮尤其是非標(biāo)準(zhǔn)件的生產(chǎn)中,由于生產(chǎn)零件較少,為不同圓弧半徑的冷卻管制造模具的成本已遠(yuǎn)大于零件本身的成本,且模具沒(méi)有再利用的價(jià)值,此類(lèi)模具的通用性較差、使用范圍小、成本高導(dǎo)致布管方式的冷屏多采用掛錫方式提高冷卻效果。掛錫對(duì)于不銹鋼材質(zhì)的冷卻管粘接效果不理想,易脫落,限制了其使用范圍。為了找到通用的圓弧形零件彎曲加工方案,提高模具的通用性,降低制造成本,現(xiàn)運(yùn)用分解組合及模塊化的方案解決了該類(lèi)鈑金件彎曲模的限制。

工藝分析

分解組合是一種虛擬重建方案,將現(xiàn)實(shí)中的模型使用抽象符號(hào)分解為一個(gè)個(gè)基本元素,然后再使用“關(guān)系”將它們組合在一起,形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),形成結(jié)構(gòu)后一個(gè)系統(tǒng)就具備了初步的形態(tài)。模塊化設(shè)計(jì)就是將零件的某些要素組合在一起,構(gòu)成一個(gè)具有特定功能的子系統(tǒng),將這個(gè)子系統(tǒng)作為通用性的模塊與其他零件的要素進(jìn)行多種組合,構(gòu)成新的系統(tǒng),產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列零件,方便重用、升級(jí)、維修和零件廢棄后的拆卸、回收和處理。

采用目標(biāo)分解法通過(guò)對(duì)成形方案的關(guān)鍵步驟進(jìn)行分解,將圓弧形零件加工分解成歐米伽槽加工與滾圓兩道工藝模塊,再對(duì)模塊進(jìn)行組合,有3組方案,如圖2所示。圖2方案1中歐米伽槽與圓弧成形為并行一次性成形;方案2、3中兩道工藝為串行方式,表格1為3種工藝方案的對(duì)比。

圖2 目標(biāo)分解組合

方案1通過(guò)圓弧形凸、凹模對(duì)板材一次性成形;方案3預(yù)先對(duì)板材預(yù)彎,然后通過(guò)圓弧形凸、凹模成形。實(shí)際操作中方案1、3模具可以通用,模具也為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),將兩者作為一組與方案2對(duì)比,通過(guò)對(duì)目標(biāo)的不同組合進(jìn)行分析對(duì)比,選擇最優(yōu)方案。

傳統(tǒng)工藝

對(duì)于方案1、3圓弧形鈑金件采用的傳統(tǒng)成形模結(jié)構(gòu)如圖3所示,它主要由圓弧形凸、凹模組成,根據(jù)鈑金件尺寸,凸、凹模通過(guò)數(shù)控加工完成,鈑金件彎曲過(guò)程用到的主要設(shè)備為壓力機(jī)。

圖3 傳統(tǒng)成形模結(jié)構(gòu)示意圖

鈑金件通過(guò)壓力機(jī)和模具沖壓成形,模具在使用過(guò)程中,由于金屬變形回彈,導(dǎo)致成形的零件尺寸精度達(dá)不到要求。為使成形的零件達(dá)到所需要的尺寸精度,需要對(duì)零件多次整形或重新加工成形,甚至需要多副模具,增加了制造成本。對(duì)于尺寸較大的圓弧,模具外形結(jié)構(gòu)就更大,所需要的壓力機(jī)噸位也就更大。對(duì)于相同截面不同半徑R的鈑金件需要不同的模具,這對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)單件加工就得不償失。此類(lèi)模具優(yōu)點(diǎn)是確定結(jié)構(gòu)后通過(guò)調(diào)整壓力機(jī)參數(shù),沖壓后的零件尺寸精度高,表面變化不大,生產(chǎn)效率較高。

優(yōu)化工藝

方案2需要一副成形歐米伽槽的模具和一副圓弧成形模以及壓力機(jī)和滾彎?rùn)C(jī)設(shè)備。板材通過(guò)壓力機(jī)沖壓成直線歐米伽槽,再通過(guò)滾彎?rùn)C(jī)彎曲成弧形。將傳統(tǒng)工藝中的復(fù)雜模具分解成2副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的模具,降低了模具的制造難度,優(yōu)化后的工藝使得模具零件具有一定的補(bǔ)償性,即在模具零件長(zhǎng)時(shí)間使用磨損后通過(guò)簡(jiǎn)單校正即可恢復(fù)原有精度。成形直線歐米伽槽模具零件磨損后可以替換凸模,成形圓弧模具只需調(diào)整滾彎?rùn)C(jī)動(dòng)輪上下高度既可補(bǔ)償磨損。

歐米伽槽成形

直線歐米伽槽采用直線形凸、凹模沖壓成形,如圖4所示,模具零件采用數(shù)控加工完成。沖壓過(guò)程:①將板材放置于凹模上,調(diào)節(jié)位置;②放置凸模,壓力機(jī)滑塊下行;③沖壓尺寸到位,壓力機(jī)滑塊回位,鈑金件有一定回彈;④連續(xù)回位、下壓,降低鈑金件回彈;⑤脫模。直線歐米伽槽沖壓過(guò)程尺寸控制簡(jiǎn)單,精度較高,成形的零件無(wú)褶皺。對(duì)于不同長(zhǎng)度L,截面直徑?相同的鈑金件可以通用。

圖4 成形直線歐米伽槽模具結(jié)構(gòu)示意圖

圓弧成形

圓弧通過(guò)滾彎?rùn)C(jī)成形(見(jiàn)圖5),具體步驟:①將成形好的直線歐米伽槽零件放置于墊板上(此時(shí)墊板為平面);②放置墊桿于直線歐米伽槽中;③調(diào)節(jié)控制輪下表面與固定輪上表面位于同一水平面;④將墊板放入滾彎?rùn)C(jī)中,啟動(dòng)機(jī)器;⑤調(diào)節(jié)固定輪向下約1/4輪徑(具體尺寸根據(jù)需要的滾彎半徑計(jì)算獲得),來(lái)回滾彎;⑥調(diào)節(jié)控制輪繼續(xù)向下,再次滾彎(滾彎過(guò)程中采用測(cè)量模具檢測(cè)尺寸);⑦達(dá)到需要的滾彎的圓弧R后停止;⑧取下成形的零件,壓平墊板。墊板在加工待成形圓弧零件時(shí),在墊板相對(duì)待成形圓弧零件兩邊各預(yù)留與滾筒周長(zhǎng)一半相同的長(zhǎng)度尺寸。在預(yù)留段上開(kāi)槽用于固定墊桿,墊桿尺寸與所要固定的冷卻管尺寸相同,保證每一次滾彎歐米伽槽的尺寸精確。同時(shí)當(dāng)圓弧零件彎曲成形后,墊桿去除比較方便,墊桿的存在降低了成形后零件的回彈量,提高了成形零件的尺寸精度。